Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Cambridge ανέπτυξαν έναν νέο αντιδραστήρα που μετατρέπει το φυσικό αέριο (μια κοινή πηγή ενέργειας που αποτελείται κυρίως από μεθάνιο) σε δύο εξαιρετικά πολύτιμους πόρους: καθαρό καύσιμο υδρογόνου και νανοσωλήνες άνθρακα, οι οποίοι είναι υπερελαφροί και πολύ ισχυρότεροι από τον χάλυβα.
Η πυρόλυση μεθανίου
Το υδρογόνο είναι ένα πολλά υποσχόμενο πράσινο καύσιμο επειδή καίγεται πλήρως, παράγοντας μόνο υδρατμούς και μηδενικό διοξείδιο του άνθρακα. Ωστόσο, ο τρόπος με τον οποίο παράγουμε υδρογόνο σήμερα συνήθως περιλαμβάνει τη χρήση ατμού υψηλής πίεσης για τη διάσπαση μορίων αερίου, το οποίο απελευθερώνει σημαντικές ποσότητες CO2 ως υποπροϊόν.
Για να αποφευχθεί αυτό, η ομάδα του Cambridge ήθελε να τελειοποιήσει μια τεχνική που ονομάζεται πυρόλυση μεθανίου, η οποία μετατρέπει το μεθάνιο σε υδρογόνο και στερεό άνθρακα χωρίς να παράγει διοξείδιο του άνθρακα. Ωστόσο, μέχρι τώρα, κανείς δεν έχει καταφέρει να εκτελέσει αυτή τη διαδικασία αρκετά αποτελεσματικά για χρήση σε μεγάλη κλίμακα, επειδή οι παραδοσιακοί αντιδραστήρες σπαταλούν πάρα πολύ αέριο.
Αντιδραστήρας πολλαπλών περασμάτων
Οι επιστήμονες έλυσαν το πρόβλημα κατασκευάζοντας έναν αντιδραστήρα πολλαπλών περασμάτων, όπως περιγράφεται λεπτομερώς σε μια δημοσίευση στο περιοδικό Nature Energy. Αντί να αφήνουν το αέριο να περάσει από το σύστημα μόνο μία φορά, κάτι που έχει ως αποτέλεσμα σημαντική σπατάλη και απώλεια ενέργειας, το αχρησιμοποίητο αέριο ανακυκλώνεται συνεχώς. Το μεθάνιο συνεχίζει να περνάει πίσω από τον θερμό αντιδραστήρα μέχρι το μεγαλύτερο μέρος του να μετατραπεί σε υδρογόνο και αερογέλες νανοσωλήνων άνθρακα.
Λειτουργώντας ως σύστημα κλειστού βρόχου, ο αντιδραστήρας ελαχιστοποιεί την ποσότητα υλικού που σπαταλιέται. Αυτή η προσέγγιση είχε ως αποτέλεσμα ένα τεράστιο άλμα στην απόδοση σε σύγκριση με τους αντιδραστήρες μονής διέλευσης, όπως αναφέρουν οι ερευνητές στην εργασία τους: "Ο αντιδραστήρας πολλαπλών περασμάτων επέδειξε 8,7 φορές βελτίωση στην απόδοση άνθρακα και 446 φορές βελτίωση στην μοριακή απόδοση της διαδικασίας [πόσο αποτελεσματικά χρησιμοποίησε το σύστημα κάθε μόριο αερίου]."
Από το εργαστήριο στον πραγματικό κόσμο
Η μελέτη διεξήχθη σε αντιδραστήρα εργαστηριακής κλίμακας, αλλά για να δουν πώς θα λειτουργούσε το σύστημα πολλαπλών περασμάτων στον πραγματικό κόσμο, οι ερευνητές έτρεξαν ένα υπολογιστικό μοντέλο μιας μεγαλύτερης έκδοσης σχεδιασμένης για βιομηχανική χρήση. Ενσωμάτωσαν δεδομένα από ένα πραγματικό εμπορικό εργοστάσιο για να κάνουν την προσομοίωση όσο το δυνατόν ακριβέστερη.
Η ομάδα διαπίστωσε ότι ο σχεδιασμός βρόχου θα μετέτρεπε το 75% του αερίου που εισέρχεται στο σύστημα σε χρήσιμους πόρους, παράγοντας νανοσωλήνες άνθρακα και υδρογόνο σε αναλογία μάζας 3:1. Με άλλα λόγια, για κάθε 4 κιλά μεθανίου που το σύστημα μετατρέπει με επιτυχία σε χρήσιμους πόρους, παράγει 3 κιλά νανοσωλήνων και 1 κιλό υδρογόνου.
Αυτή η διαδικασία όχι μόνο θα παρήγαγε ισχυρότερα, πιο βιώσιμα υλικά για τον κατασκευαστικό κλάδο, αλλά θα παρείχε επίσης άφθονο καθαρό καύσιμο για τις ενεργειακές μας ανάγκες. Αλλά πριν από αυτό, υπάρχει ακόμη πολλή αναπτυξιακή εργασία μπροστά μας. Όπως σημειώνουν οι ερευνητές, «Η διαδικασία θα μπορούσε να μειώσει τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου, αλλά απαιτείται σημαντική ανάπτυξη για την ανάπτυξη αυτής της τεχνολογίας σε ουσιαστική κλίμακα».
www.worldenergynews.gr
